DE2035424A1 - Afokales Vergroßerungsobjektiv - Google Patents

Description

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DIPL-ING. CuRT WALLACH DIPL.-ING. GONTHER KOCH 2035424 DR. TINO HAIBACH

• München % 16* Juli 1970

UNSER ZEICHEN: 1 2 753

POLAROID CORPORATION Cambridge, Massachusetts, V.St.A.

Afokales Vergrößerungsobjektiv

Die Erfindung bezieht sich auf afokale Vergrößerüngsobjektive zur Verwendung in Verbindung mit den Objektiven photographischer Kameras. ' . ,

Die Benutzung von Hilfsobjektiven ermöglicht, es photographische Kameras vielseitiger verwendbar zu machen. Solche Hilfsobjektive werden gewöhnlich als· Zusatzobjektive ausgebildet, die auf das vordere Ende eines photographischen Objektivs aufgesetzt werden können. Zu diesen Zusatz- oder Vorsatzobjektiven gehören auch die als Teleobjektive bezeichneten Objektive, die dazu dienen, ein aufzunehmendes Bild zu vergrößern. Hierbei ist es wichtig, daß das Vergrößerungsobjektiv die optische Leistung des in Verbindung damit benutzten Objektivs' nicht beeinträchtigt, sondern nur eine Verlängerung der wirksamen Brennweite bewirkt, um das aufzunehmende Bild zu vergrößern. Beispielsweise dürfen Vergrößerungsobjektive nicht zu einer Vignettierung führen oder die Lichtstärke des züge- " hörigen photographischen Objektivs verringern. Ferner darf ein Hilfsvergrößerungsobjektiv die gesamte optische Leistung des ' · zugehörigen Kameraobjektivs nicht beeinträchtigen, was insbesondere für die chromatische und die monochromatische Aberration gilt, und ein solches Hilfsobjektiv soll von einfacher Konstruktion sein und sich bequem benutzen lassen.

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Bei zunehmender Vergrößerung des Vorsatzobjektivs .wird es zunehmend schwieriger, eine einwandfreie Korrektur hozlirlich der chromatischen und der monochromatischen Aberration zu erreichen. Ferner tritt bei einer höheren Vergröiberunj; in 'einem stärkeren Ausmaß eine Vignettierung auf. Bis jetzt üinil nur wenige oder überhaupt keine gut korrigierten VorsatzoojeK-tive bekannt, deren Vergrößerungsleistung- ausreicht, ure die Größe des durch ein Kameraobjektiv erzeugten Bildes zu vei-uor,-peln. Zwar sind bereits relativ große und schwere Ver_£rj/erun^yobjektive bekannt, die mit einer bis zu !",B-fachen Vergrößerung arbeiten, doch ergeben sich bei diesen bekannten Objektiven Nachteile, die auf eine Verzerrung und eine■■"BiIdwölbung zu-r-Lc-czufuhren sind, iiies erweist sich insbesondere bei raumsparend aufgebauten Vorsatzobjektiven als störend. Viele Vergrößerungsobjektive beeinträchtigen die Bildqualität der Objektive, denen sie vorgeschaltet werden. Da die Konstrukteure von Objektiven annehmen, daß solche Fehler naturgegeben .sind, versuchen sie bis jetzt, dadurch zu einer optimalen lösung zu kommen,'daß-sie die bekannten Fehler der Objektive ausgleichen, denen die Vergrößerungsobjektive vorgeschaltet werden sollen.

Im allgemeinen sind die bis jetzt bekannten Vergrößerungsobjektive im Vergleich zur Brennweite der Kameraobjektive, denen sie vorgeschaltet werden sollen, relativ groß und schwer. Bis jetzt wird es allgemein für schwierig gehalten, ein afokales Vergrößerungsobjektiv mit einer bis zu 2^fa:chen Vergrößerung zu schaffen, das im Vergleich zur Brennweite des zugehörigen Kameraobjektivs wenig £aum beansprucht. ' ■; - ... -

Gemäß der Erfindung soll nunmehr ein-afokales Vergrößerungsobjektiv mit einer bis zu 2-fachen Vergrößerung -ge"sehaf-^; fen werden, das wenig Raum beansprucht und verhältnismäßig - ■'.' leicht ist, das gut korrigiert ist und sich zur Verwendung in Verbindung mit einem Kameraobjektiv eignet, und das die chromatische und monochromatische Korrektur des zugehörigen Kameraobjektivs nicht beeinträchtigt. -· :

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2ur Lriüllung der ihr zugrunde liegenden Aufgabe sieht uii? ^riiniunr ein Objektiv mit sechs Linseneleraenten vor, Dieses Ci>,'.ektiv ist in eine vordere Sammellinsengruppe und eine Hinter-. Zerstreuungslinsengruppe unterteilt, und zwischen diesen :jei aen Lin>~engruppen 1st ein großer Luftspalt vorgesehen, ijie er: ind-.msgeinäßen afokalen Vergrößerüngsobjektive sind aurc^;. eine.i erheblichen Wechsel zwischen mäßigen und hohen Brwo: un -ainaicos.einander benachbarter Elemente gekennzeich- · net« Der Brec^;mngsindexunterschieä zwischen benachbarten EIeiteni'-n -hetrLl rt etwa 0,1 oder mehr. Alle Elemente sind relativ zueiiianier .ortsfest angeordnet. Zum Fokussieren dient jeweils die einen Deutanateil der Kamera oder .ihre-a* Objektivs bildende Vorriehtunf, Um die optische Korrektur weiter zu verbessern, ■ ist. 'iine _&e.:ittete nichtsphäri3che Fläche vorgesehen.

^Ie jiri': uduniT und vorteilhafte EinzeiLeiten der iirfinauii' v.'trjen irr. iolVenden an Hand schematischer Zeichnungen ,an Ausiührun_f_ri3beisrielen näher erläutert.

• Fij. 1 beirrt im Längsschnitt ein wenig rtaum beanspruchendes afC'iales YergrÖßerungsobjektiv gemäß der Erfindung.

ü¹!;. 2 ist eine Tabelle, in der die Konstruktionsdaten des Objektivs nach Fig. 1 auf die Längsneinheit bezogen angegeben sind.

Fig. 5 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung die Brechungsi-ndexunterschiede zwischen benachbarten Elementen des Objektivs nach Fig.1.

Fig. 4 zeigt im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform eines wenig Raum beanspruchenden afdkalen Vergrö3erungsobjektivs gemäß der Erfindung.

Fig. 5 i3t eine Tabelle, in der die Konstruktionsdaten des Objektivs nach Fig. 4 auf die Längeneinheit bezogen angegeben sind.

Die erfindungsgemäßen afokalen Vergrößerungsobjektive können in Verbindung mit den verschiedensten Kameraobjektiven benutzt werden. Die afokalen Vergrößerungsobjektive gemäß , der Erfindung können.leicht der Verwendung in Verbindung mit einem bestimmten Objektiv optimal angepaßt werden, und sie sind voll korrigierbar! um mit hochwertigen Kameraobjektiven zusammenzuarbeiten, so daß die erfindungsgemäßen Objektive innerhalb eines sehr großen Bereichs anwendbar sind. Bei einer guten Korrektur der chromatischen und der monochromatischen Aberration kann eine bis zu 2-fache Vergrößerung erzielt werden.

Die erfindungsgemäßen vergrößernden Vorsatzobjektive lassen sich besonders vorteilhaft in Verbindung mit Kameraobjektiven verwenden, die einen relativ großen Bildwinkel von bis zu 50° haben. Insbesondere sind die afokalen Vergrößerungsobjektive geeignet, in Verbindung mit Objektiven Verwender zu werden, bei denen die relative öffnung zwischen f/6 und f/16 liegt. Die im.folgenden beschriebenen afokalen Objektive können entsprechend der Brennweite des Objektivs, mit dem sie zusammenarbeiten sollen, maßstäblich abgeändert werden.

Ein afokales Vergrößerungsobjektiv beeinflußt paral- lele Lichtstrahlen nicht so, daß sie sich in einem gemeinsamen endlichen Brennpunkt treffen, und daher weist ein solches Objektiv keine bestimmte Brennweite auf. Durch ein afokales Objektiv werden nur die Winkelbeziehungen zwischen Lichtstrahlen geändert, die von getrennten Punkten ausgehen. Bei einem afokalen Linsensystem liegen sowohl die Objektebene als auch die Bildebene sowie der vordere und d-er hintere Brennpunkt im Unendlichen. Das Linsensystem passierende parallele Lichtstrahlen treten parallel aus dem Linsensystem aus* Der einzige Unterschied zwischen dem eintretenden und dem austretenden Lichtbündel besteht in den relativen Querschnitten der Lichtbündel. Wenn ein einfallendes paralleles Lichtbündel z.B. einen Durchmesser von 50 mm hat und der Durchmesser des

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austretenden Lichtbündels nur 25 mm beträgt, hat das linsensystem keinen Brennpunkt, doch arbeitet es mit einer 2-fachen Winkelvergrößerung. Aus dem Gesetz von der Erhaltung der Energie ergibt sich, daß die Winkelgröße eines kleinen Gegenstandes, der in einem afokalen Lichtstrahl an irgendeinem Punkt gesehen wird, im umgekehrten Verhältnis zum entsprechenden Querschnitt des Strahls stehen muß. Wenn der.Querschnitt kleiner ist, ergibt sich eine größere Winkelgröße, d.h. eine Winkelvergrößerung.

Die erfindungsgemäßen afokalen Vergrößerungsobjektive lassen sich vorteilhaft in Verbindung· mit Kameraobjektiven verwenden, bei denen die wirklichen Blendenstellungen an ungewöhnlichen Punkten liegen. Da das Vergrößerungsobjektiv keinen Brennpunkt hat, kann es unabhängig von dem ihm nachgeschalteten Kameraobjektiv bemessen werden. Hierdurch wird praktisch die Beziehung zwischen dem Vergrößerungsobjektiv und der Eintrittspupille des nachgeschalteten Kameraobjektivs geändert. Wenn ein erfindungsgemäßes afokales Vergrößerungsobjektiv maßstäblich vergrößert wird; ergibt sich eine Verringerung der Aberrationen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Linsenflächen weniger stark gekrümmt sind, daß jedoch der Abstand vom Bild-der Pupille in den betreffenden vorderen Bildräumen nicht wesentlich geändert wird. Wird das Vergrößerungsobjektiv maßstäblich vergrößert, rückt der Krümmungsrnittelpunkt näher an das Bild der Pupille heran, und die Brechungswinkel verkleinern sich. Wird das Linsensystem dagegen maßstäblich verkleinert, um ein weniger Raum beanspruchendes Objektiv zu schaffen, nehmen die Aberrationen zu. Wenn man bei dem Linsensystem nichtsphärische Flächen vorsieht, kann man bestimmte Aberrationen auf eine direktere Weise korrigieren. Die Verwendung nichtsphärischer Krümmungen zu Korrekturzwecken erweist sich als besonders zweckmäßig, da diese Krümmungen zusätzliche variable Größen bilden, von denen bei der Korrektur Gebrauch gemacht werden kann, ohne daß das Gewicht und die Abmessungen des Linsensystems zunehmen. Verklei-

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—tariert man die Gesamtabaessungen eines 2-fach vergrößernden Objektivs im Vergleich zu der Längeneinheit über die bei den Auaführungsbeispielen genannten Werte hinaus, erhält man überkorrigierte Objektive, bei denen man dann mehrere nichtsphärische Flächen vorsehen muß. Jedoch ist es auf Kosten einer sehr geringen Verkleinerung der Vergrößerung möglich, ein solches Linsensystem mit erheblich kleineren Abmessungen und unter Verwendung nur einer einzigen nichtsphärischen Flüche herzustellen.

Mg. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes vergrößerndes Linsensystem mit einer vorderen Sammellinsengruppe, die die Elemente I, II und III umfaßt, sowie mit einer hinteren Zerstreuungslnsengruppe, die die Elemente IV, V und VI umfaßt. Diese beiden Gruppen von Elementen sind durch einen Luftspalt getrennt, dessen Breite mindestens 25$ der gesamten Länge des Objektivs entspricht. Sowohl bei der Sammellinsengruppeals auch bei der Zerstreuungslinsengruppe werden Dubletten verwendet, und beispielsweise bilden die Elemente I und II der vorderen Sammellinsengruppe eine Dublette, während die Elemente V und VI der hinteren Zerstreuungslinsengruppe ebenfalls eine Dublette bilden. Wenn ein gut korrigiertes,, wenig Raum beanspruchendes Objektiv mit einer bis zu 2-fachen Vergrößerung geschaffen werden soll, zeigt es sich_s daß die Verwendung einer nichtsphärisehen Fläche bei einem der Elemente I und II der vorderen Dublette Vorteile bietet. Im folgenden näher erläuterte Vorteile ergeben sich, wenn man die nichtsphärische Fläche an der gekitteten Trennfläche zwischen den Elementen I und II vorsieht. Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Linsensystems besteht darin, daß zwischen benachbarten Elementen erhebliche Unterschiede bezüglich des Brechungsindex vorhanden sind. Die Breehungsindices benachbarter Elemente wechseln zwischen hohen und mäßigen Werten» Diese erheblichen Unterschiede sind in Figo 3 graphisch dargestellt«

In den Figuren und den folgendem Salbellen sind die Krümmungsradien der Flächen der Linsenelemente von links nach

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rechts fortscnreitend mit R₁, R₂ usw. bezeichnet. Die Dicke der Elemente und die Breite der Luftspalte ist ebenfalls von links nach rechts fortschreitend mit t₁, t_g usw. bzw. S₁, S₂ usw. bezeichnet. Die angegebenen Brechzahlen gelten für eine Wellenlänge von 587,6 nm und sind mit ^bezeichnet, während die Abbe'sehen Streuzahlen mit V bezeichnet sind.

Der Einfachheit halber sind die weiter unten angegebe- . nen Linsenfornieln und die Angaben in Fig. 2 und 5 auf die Längeneinheit bezogen. Hierbei ist es möglich, optimale Ausfüh- ■■rungs/formeη der Erfindung zur Verwendung in Verbindung mit be-■ stimmten Kameraobjektiven zu schaffen. In diesen Fällen ist es am. zweckmäßigsten,- die Einheitslänge des Vergrößerungsobjektivs gleich der Brennweite des Kameraobjektivs zu machen. Wenn das Verhältnis zwischen der Längeneinheit und der Brennweite einen Maßstabsfaktor repräsentiert, der erheblich kleiner ist als 1, werden die Bildechen sehr stark vignettiert, und die Aberrationen lassen sich nicht mehr beherrschen. Wenn das Vergrößerungsobjektiv zusanmen mit einem Kameraobjektiv verwendet werden soll, das im Gegensatz zu den weiter oben gemachten Angaben einen erheblich kleineren Bildwinkel aufweist, lassen eich die Abmessungen des Vergrößerungsobjektivs verkleinern. Mit anderen "Worten,: der Maßstabsfaktor kann in diesem Fall erheblich kleiner sein als 1.

Bei Kamerakonstruktionen bekannter Art wird vorzugsweise dafür-gesorgt;,, daß das Fokussieren durch Betätigen von feste Bestandteile der Kamera bildenden Bauteilen bewirkt wird. Es ist erwünscht, dieses Fokussierverfahren beizubehalten, wenn ein erfindungsgemäßes Vorsatzobjektiv zusammen mit dem Objektiv der Kamera benutzt werden soll. Bei den erfindungsgemäßen Vergrößerungsobjektiven ist es möglich, dieses erwünschte Fokussierverfahren beizubehalten, und die einzelnen Elemente des Vergrößerungsobjektivs brauchen beim Fokussieren nicht verstellt zu werden. Eine Untersuchung der erfindungsgemäßen Objektive hat ergeben, daß sich die optische Leistung'"der Objektive rasch * Verschlechtert, wenn man versucht, ihre einzelnen Elemente zum

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—8— Zweck des Fokussierens zu verstellen.

Die raumsparende Bauart der erfindungsgemäßen Objektive ergibt sich aus der genauen Berücksichtigung der bei solchen Objektiven anderenfalls auftretenden Aberrationen. Wie im folgenden näher erläutert, werden die Aberrationen dadurch berücksichtigt, daß auf geeignete Weise gekrümmte Flächen vorgesehen werden, daß die Brechungseigenschaften derElemente auf zweckmäßige Weise kombiniert werden, und daß auf zweckmäßige Weise von einer nichtsphärischen Fläche Gebratich gemacht wird. Auf diese Gesichtspunkte wird im folgenden näher Ik eingegangen. Der besseren Übersicht halber wird nacheinander auf die optischen Aberrationen und dann auf die Verwendung nichtsphärischer Flächen eingegangen.

Die erfindungsgemäßen afokalen Vergrößerungsobjektive sind durch einen staricen Wechsel bezüglich der Brechzahlen benachbarter Elemente gekennzeichnet. Dieser starke Wechsel bezüglich der Brechzahlen dient in erster linie dazu, das Bildfeld eben zu halten. Wenn diese großen unterschiede bezüglich der Brechzahl nicht vorhanden wären, würde die hintere Zerstreuungslinsengruppe erheblich stärker ausgebildet werden müssen, und diese Linsengruppe würde die Korrektur der Bildkrümmung vorherrschend beeinflussen. '

^w Eine primäre Korrektur der chromatischen Aberrationen wird bei dem Vergrößerungsobjektiv durch die beiden Dubletten -der Sammellinsengruppe und der ZerstreuungBlinsengruppe bewirkt.

Bei manchen bekannten afokalen Objektiven werden Unzulänglichkeiten des Kameraobjektivs, dem das Vergrößerungsob- -jektiv zugeordnet werden soll, auf vorteilhafte Weise ausgenutzt. Wenn e.B. das Kameraobjektiv kein ebenes Bild erzeugt, kann nän die bei dem VorsatEobjektiv vorhandene Abweichung be- ' ssiiglich der Bildebenheit teilweise unkorrigiert laeeen, wenn sie das entgegengesetzte Vorzeichen aufweist. In diesem lall kann die duroh die beiden Objektive gebildete Kombination

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bräuchbar sein, während das Vorsatzobjektiv bezüglich der Bildebenheit nur sohlecht korrigiert ist.

Ein Forteil eines solchen afokalen Vergrößerungsobjektivs besteht darin, daß es in Verbindung mit jedem Kameraobjektiv verwendet werden kann, das bereits eine im wesentlichen flache Brennebene aufweist. Die Hinzunahme des afokalen Vergrößerungsobjektivs führt nicht zu einer Beeinträchtigung der Bildebenheit des Kameraobjektivs. Um zu verhindern, daß die Zerstreuungslinsenelemente auf die Korrektur bezüglich der Bildkrümmung einen beherrschenden Einfluß ausüben, weisen die Sammellinsenelemente eine mäßige Brechzahl auf, während die Zerstreuungslinsenelemente mit einer hohen Brechzahl arbeiten. Die chromatischen Farbkorrekturen des afokalen Vergrößerungsobjektivs in seitlicher Richtung und in der Längsrichtung werden durch geeignete Wahl der Abbe'sehen Streuzahl geregelt. Die Zerstreuungslinsen II, IV und VI weisen im wesentlichen ähnliche Streuzahlen mit einem mäßigen Wert auf, der bei den hier gegebenen Beispielen den Wert \> = 45 hat. Bei den Sammellinsen I und III der vorderen Linsengruppe sind die Werte der Abbe¹sehen StreuzahT relativ hoch. Die Sammellinse Vder hinteren Zerstreuungslinsengruppe hat eine relativ niedrige Abbe¹ sehe Streuzahl. .

Die Zerstreuungslinsen II, IV und VI haben eine hohe Brechzahl, während die Sammellinsen I, III und V eine mäßige Brechzahl aufweisen, um im Hinblick auf die vorherrschend negativen Krümmungen der Elemente eines afokalen Objektivs für eine bis zu 2-fache Vergrößerung die Erzeugung eines ebenen Bildes zu gewährleisten. Bei einem.Linsensystem, bei dem vorherrschend negativ gekrümmte Flächen vorhanden sind, ist es sehr schwierig, ein ebenes Bild zu erzeugen. Die negativen KrümmungQn führen zu einer unerwünschten Krümmung des Bildes.¹ . Bei der vorderen Linsengruppe mufl »an stark gekrümmte Flächen vorsehen, damit insgesamt eine Sammelwirlning ei»ielt wird, obwohl die Linseneleniente die erwähnten Brechzahlen aufweisen··

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E3 ist zweckmäßig, zu verhindern, daß einzelne Lichtstrahlen zu weit abgelenkt werden, bevor die optischen Korrekturen zur Wirkung kommen. Zu diesem Zweck sind Sammel- und Zerstreuungslinsen miteinander abwechselnd angeordnet. Die <für ein erfindungsgemäßes Vergrößerungsobjektiv kennzeichnen- ^! de Verwendung von Linsen mit großen Unterschieden bezüglich der Brechzahlen ergibt sich somit daraus, ,daß andere Aberrationen beherrscht werden und die Bildkrümmung verringert wird.

Verkittete Dubletten ermöglichen es auf die wirksamste Weise, chromatische optische Korrekturen, insbesondere in seitlicher Richtung, zu erzielen.

Abgesehen von den verkitteten Flächen, sind bei dem gesamten erfindungsgemäßen Linsensystem die mit Luft in Berührung stehenden Linsenflächen allgemein um die Blendenöffnung gekrümmt. Dies ist im Hinblick auf die Notwendigkeit, ein großes Bildfeld zu erzielen^ von großer Bedeutung» Das Vergrößerungsobjektiv muß der Konstruktion des Kameraobjektivs angepaßt sein. Wird eine solche Anpassung nicht vorgesehen, erhält man eine Kombination mit einer schlechten optischen Leistung, d.h. wenn das Vorsatzobjektiv nicht auf die gleiche Lage der. Blendenöffnung bezogen ist wie das Kameraobjektiv, ergibt sich eine sehr starke Vignettierung«, Damit das Bild nicht vignettiert wird, muß man daher das Vorsatzobjektiv unter Bezugnahme auf eine Blendenöffnung konstruieren, die hinter der hintersten Fläche des Objektivs liegt«, Die Größe des vorderen Linsenelements riohtet sich nach der Lage der Blendenöffnung und dem Bildwinkel. -Wenn der Bildwinkel zunimmt, muß das vordere Element größer werden^ und das Korrigieren optischer Aberrationen wird schwierigerρ da sich der Winkel vergrößert und die Zahl der außerhalb der Achse verlaufenden Lichtstrahlen zunimmt. Der Vorteil Qinea erfindungsgemäßen Vergrößerungsobjektivs besteht da£>in₀ dall qü für ©inen relativ großen Bildwinkel und eine hinter d©B Objektiv angeordnete Blendenöffnung gut korrigiert ist«, - . ..·■ ■. -

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ϊ,ξ ist bemerkenswert, auf welche Weise die Verzerrung geregelt wird. Die vordere Dublette würde normalerweise einen sehr-großen Beitrag zu einer Nadelkissenverzerrung liefern. Durch Umkehren der Brechzahlen bei dieser Dublette-ist es möglich, diesen Beitrag zur Verzerrung auf ein Minimum zu verringern, so daß nur noch eine vernachlässigbar geringe Nadelkiösenverzerrung verbleibt. Das Element IH führt zu einer erheblichen Nadelkissenverzerrung, die in erster Linie auf die fünfte Fläche R₅, d.h. die hintere Fläche dieses Elements, zurückzuführen ist. Jedoch bewirkt das nachfolgende Element IV einen erheblichen Tonnenfehler, so'daß sich die beiden Elemente III und IV gegenseitig ausgleichen und das Linsensystem nahezu verzerrungsfrei ist. Die hintere gekittete Dublette ist so ausgebildet, dai; sie im wesentlichen keine Verzerrung hervorruft.

Ea heu sich als erforderlich erwiesen, einen breiten zentralen Luftspalt S₂ vorzusenen, um die Sammellinsengruppe von der Zerstreuungslinsengruppe zu trennen. Bei den bis Jetzt bekannten Objektiven sind die beiden Lineengruppen durch eine Glasschicht von ziemlieh erheblicher Dicke getrennt. Solche Vergrößerungsobjektive sind jedoch für praktische Zwecke zu schwer und nehmen zu viel Raum in Anspruch. Außerdem liefern diese Objektive bei einer 2-fachen Vergrößerung keine guten Ergebnisse.

Das Element IV dient im wesentlichen daeu, den Astigmatismus des Linsensystems zu korrigieren. Das Element III trägt in einem erheblichen Ausmaß dazu bei, das Koma zu korrigieren. Die allgemeine Form, d.h. die Krümmung der Elemente, dient dazu, die sphärische Aberration in Grenzen zu halten.

Wenn man die Vergrößerung dee afokalen VorsatzobjektivB auf 1,8 verkleinert, lassen sich die Optischen Aberrationen leichter korrigieren. Es ist möglich, die Abmessungen des bereits wenig Raum beanspruchenden Objektivs in einem sehr erheb liehen Ausmaß weiter zu verkleinarn, wenn man el*« geringe Ab-

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nähme der Vergrößerung zuläßt". Auch wenn man den Bildwinkel verkleinert, z.B. auf 30°, können die Aberrationen leichter korrigiert werden. Die Vergrößerungj ein großer Bildwinkel . , und das Öffnungsverhältnis stellen diejenigen Faktoren dar, die beim Konstruieren eines Objektivs zu den größten Schwierigkeiten führen. · -

Das Ziel jeder optischen Konstruktion besteht darin, ein kompliziertes optisches System so zu vereinfachen^ daß sich ein mathematisches Modell des Systems ebenso verhält wie ein idealisiertes einfaches Linsensystem mit gleicher Brennweite, gleicher Öffnung und gleicher lage des Brennpunktes. Die Aberrationen höherer Ordnung werden beseitigt oder unschädlich gemacht. Es verbleiben nur die grundlegenden· Eigenschaften der niedrigeren Größenordnungen. Bei einem einfachen Bilderzeugungssystem verschlechtert sich die Bildqualität sehr schnell, wenn die Größe der Öffnung zunimmt. DieseVerschlechterung ist auf Aberrationsglieder höherer Ordnungen zurückzuführen. Diese Glieder können bei einem linsensystem vernachlässigbar klein gemacht warden, indem man von den variablen Konstruktionsgrö-' ' ßen Gebrauch macht, die sich bei der Verwendung zBiilreltihei*^'¹-¹ Flächen, verschiedener Glaasorten usw. ergeben, um zusätzliche" axiale Lichtstrahlen und Strahlenbündel zu beherrschen.

Wenn die Aberrationen nicht zu groß sind, ist es möglich, nur sphärische Flächen zu verwenden. Gewöhnlich hat man bei einem Objektivtubus von vernünftigen Abmessungen eine ausreichende Zahl von Parametern Und -einen -hinreichenden Eaum zur Verfügung, so daß es möglich ist, schädliche Aberrationen zu beseitigen oder in einem erheblichen Ausmaß zu verringern. Wenn starke Aberrationen auftreten, benötigt man eine größere Zahl von Linseneiementen* damit weitere Parameter für lörrek-■ . türen zur Verfügung stehen. In vielen lallen ergibt sich ein -Grenzwert für die Zahl der Elemente, die in dem verfügbaren ·.' Raum untergebracht werden können. Es kommt häufig vor, daß sich hieraus Schwierigkeiten nur innerhalb eines kleinen'Teile · des Objektivtubus ergeben/ wo eine bestimmte Korrektur lureh-

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geführt werden muß. Unter α!···η UastÄnden erweist aich die Verwendung einer nichtsphärischen lläohe als besonders vorteilhaft. Eine nichtsphärische Korrektur bietet den großen Vorteil, daß sie es-ermöglicht, die Störung auf direktem Wege zu beseitigen, und daß es möglich ist, eine geregelte Brechung innerhalb eines sehr, .kleinen Raums herbeizuführen. Eine nichtsphärische !Fläche trägt nicht zu den Übertragungsverlusten bei, und im allgemeinen führt ihre Verwendung nicht zu Schwierigkeiten bezüglich der Unterbringung in dem Objektivtubus .

Durch die Verwendung einer niohtsphärisohen Fläche werden zusätzliche Parameter eingeführt· Der Konstrukteur kann diese Parameter ausnutzen, um eine erheblich größere Zahl von Aberrationen zu korrigieren. Hierbei ist es möglich, eine meßbare Verbesserung der optischen Leistung im äußeren Teil des Bildfeldes zu erzielen.

Wenn man zusätzliche sphärische flächen vorsieht, um eine starke Aberration zu verringern, muß man aiemlich starke Krümmungen vorsehen, bevor es möglich ist, die Unterschiede zwischen den Brechzahlen der aufeinander folgenden Elemente auszunutzen, um die betreffende Aberration zu korrigieren. Diese starken Krümmungen führen jedoch zu neuen Schwierigkeiten anderer Art. Wenn eine nichtsphärische fläche an der richtigen Stelle angeordnet wird, wird dies dadurch vermieden, daß die örtlichen Brechzahlen geändert werden, ohne daß sich erhebliche Störungen der Konstruktion an anderen Stellen ergeben.

Bei dem erfindungsgemäßen afokalen vergrößernden Vorsatzobjektiv wirkt die vordere Gruppe von Elementen als Sammellinse, während die hintere Gruppe ala Zerstreuungslinse wirkt. Die hintere Linsengruppe vergrößert jede bei der vorderen Gruppe auftretende Aberration und trägt außerdem ihre eigene Aberra- ' tion zum Ergebnis bei. Daher muß die vordere Gruppe innerhalb des ganzen Bildfeldes bezüglich chromatischer und sphärischer Aberrationen und dergl. sehr gut korrigiert sein. Diese Korrelo

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türen gelten nioht nur für die vordere Gruppe als solche, sondern sie mUssen in Beziehung zur hinteren Linsengruppe stehen» Wenn irgendeine Aberration bei der vorderen Linsengruppe vorherrscht, z.B. ein Koma einer höheren Ordnung, muß 'deren Wirkung durch eine geschickte Verwendung einer nichtsphärischen Fläche verringert werden. Das Ausschalten der Verzerrung bei einem grundsätzlich asymmetrischen Linsensystem erfordert die Verwendung starker, einander entgegengesetzt wirkender Breohungsvorgänge. Diese können für die Hauptstrahlen innerhalb des Bildfeldes annähernd abgeglichen werden, doch können sie für alle anderen Strahlen unbeherrschbar werden, wenn man bei der Konstruktion nicht mit ausreichender Vorsicht vorgeht. Die Notwendigkeit, eine gut korrigierte, als Sammellinse wirkende vordere Gruppe vorzusehen, da die als Zerstreuungslinse wirkende hintere Gruppe die Aberration vergrößert, macht es erforderlich, eine nichtsphärische Fläche vorzusehen. Dies bedeutet praktisch, daß eine Korrektur im erforderlichen Ausmaß erzielt werden kann, ohne daß es erforderlich ist, die Größe oder das Gewicht der als Sammellinse wirkenden Gruppe zu vergrößern.

Gemäß der Erfindung wird die fläche R₂ als Ort für die nichtaphärische Kurve innerhalb der als Sammellinse wirkenden Gruppe gewählt. Man könnte jedoch auch die Fläche S.. oder R, wählen. Die Wahl der Fläche R₂ beruht zum Teil darauf, daß sich in diesem Fall fertigungstechnische Vorteile erzielen lassen. Bei der Fläche Rp handelt es sicfi um eine verkittete Fläche. Daher kann man die nichtsphärische Kurve durch Polieren des Elements I oder des Elements II erzeugeni Dann kann man die Elemente mit Hilfe eines Kittes verbinden/dessen Brechzahl derjenigen des Elements entspricht, mit dem die nichtsphärische Fläche vereinigt wird. In diesem Fall braucht man nur eine Fläche in der richtigen Weise auszubilden. Da die Fläche R₂ eine verkittete Fläche ist, kann man für das Polieren der nichtsphärischen Fläche größere Toleranzen vorsehen, die z.B. dem Sechsfachen der sonst üblichen Toleranzen entsprechen.

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Wenn die Strahlen nahe den äußeren Teilen einer starken Dunlette gebrochen werden, wie sie z.B. durch die Elemente I und--Il gebildet ist, treten prismatische Streuungen von Strah-1en auf, so daß es schwierig ist, diese Strahlen danach in dem ■Linsensystem, wieder zu weißem Licht zu vereinigen. Zwar kann eine solche Wiedervereinigung örtlich eraielt werden, doch ist es schwierig, sie innerhalb eines großen -Bildfeldös herbeizuführen. Die bei R₂ vorgesehene niGhtaphärische Pläche trägt dazu bei, starke Brechungen an den äußeren Teilen der Dublette zu verhindern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die nicht- ; sphärische Flache in den genannten Bereichen weniger stark gekrümmt ist als eine gewöhnliche sphärische Fläche·

Die Formel für die nichtephärische Fläche, die bei dem erfindahvgsgemäßen vergrößernden Vorsatzobjektiv verwendet wird, ist. weiter unten angegeben. Sie "beschreibt eine Rotationsfläche mit einer Höhe Silber einer ebenen Bezugsfläche in einem Abstand χ von der Drehachse« Diese Drehachse fällt mit der optischen Achse zusammen. DieKrümmung der Fläche an Ihrem Scheitel ist mit c bezeichnet«, Sie ist gleich ieffi reciproken Wert des Scheitelradius. Die nichtsphäriöche Krüj«rag fiird durch die Beiwerte 13 und y bestimmt. Ihre Werte richten sich nach der Wirkung, die die nichtsphärische Fläche auf die nicht längs der Achse verlaufenden Lichtstrahlen ausüben soll.

Im folgenden werden zwei Beispiele für wenig Raum "be^n-. Sprucheiide afokale. vergrößernde Voraatzoboektive gemäß der Erfindung beschrieben, die zur Verwendung in Verbindung mit einem bestimmten Kameraobjektiv optimal ausgebildet sind* Ein solches Kameraobjektiv ist z.B* als Beispiel B in der U.S.A.-Paterftan-■meldung.^f4·' Hl vom 7. November 1968 beschrieben. Beide* nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele arbeiten praktisch mit 2-facher Vergrößerung. Die Lage der Blendenöffnung bei dem

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¹ Kameraobjektiv, für das die beiden Ausführungsbeispiele optimal ausgebildet sind, und die hinter dem Vorsatzobjektiv angeordnet ist, ist in Fig* 1 und 4 mit gestrichelten Linien an- ' gedeutet.

Zwar liefern di@ beilen -Ausführungsfoiwe-ri dar Erfindung eine 2-fache Vergrößerung, doch ist es nicht'unbedingt" erforderlich, daß die erfiadungsgemäßen. fergrößerüngsobjektive. für eine solche verhältnismäßig Starke Vergrößerung ausgebildet sind. Ein wichtiges Merkmal der Erfladung besteht im raumsparenden Aufbau der Vergr-bfieruägeobjelctive*. Im ."'.Vergleich sur fe Brennweite des KameraobjektlYs₅ für das die beiden Ausführungsformen optimal ausgebildet ßiftd", .beanspruehen diese Ausführungsformen erheblich weniger -Baum al© die bis jetzt bekannten Vergrößerungsobjektive. Wenn man erfindungagemäße Vergrößerungsobjektive mit weniger als 2-facher Vergrößerung herstellt, lassen sich die Abmessungen in einem erheblichen Ausmaß weiter verkleinern. Ein erfindungsgÄäSes kompaktes. Vergrö'ßerungsob--3ektiv, das für das gleich® Kameraobjektiv optimal ausgebildet ist und eine nur 1,8-fache Vergrößerung -liefert, -nimmt nur ein Viertel des Raums ein, den die hier beschriebenen Ausführungsformen für eine 2-fache Vergrößerung einnehmen.

Die Werte der Brechzahl η und der Abbe'sehen Streuzahl V ^ sind im folgenden .für Licht mit einer Wellenlänge von 581,6 mn angegeben. Die Krümmungsradien und Dickenwerte sind auf die Längeneinheit bezogen.

Beispiel.!

i;iese Ausführungsform 1st auf optimale Weise optisch

korrigiert, um in Verbindung mit dem vorstehend raumsparend aufgebauten Kameraob j ektiv. verwendet - au wobei der reziproke Wert des Abstandes des des bezogen auf die Längeneinheit 0,1182 beträgt rungsform ist in Fig. 1 dargestellt»

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6I.27
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66.95 44.77

38.03
44.77

Radien

R, = 0.4563 R =-0.58!4 R,= 0.786I

R₄= 0.4530 R₅=I.79I!

R₆= I.7624 R₇= 0.2473

R₈=O.25I3 R=-O.2I66 R= 0.6912

Dicke und Abstände

T,= O.I692 T₂= 0.0205

S₁= 0.0053

T= 0.0634

S₂= 0.2309

T₄= 0.0148

S= 0.0730

T= 0.0423 T₆= 0.0106

S = 0.0687

Die für den Äadius der Fläche Hp angegebene Zahl bezeichnet den Scheitelradius dieser Fläche. Die Fläche R₂ nichtsphärisch und entsprechend der vorstehend angegebenen Formel ausgebildet. Die Werte für die Konstanten in der genannten Formal betragen im vorliegenden Fall ß = 2,449030 und V = -0,784120,

Beispiel 2

Diese Ausführungsform ist zur Verwendung in Verbindung mit dem erwähnten Kameraobjektiv auf optimale Weise ausgebildet, um photographische Aufnahmen bei einem reziproken Wert des Objektabstandes von 0,0591 bezogen auf die Längeneinheit herzustellen. Dieses Ausführungsbeispiel eines afokalen Vergrößerungsobjektivs gemäß der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt.

009387/1431

!. 59913
:. 68273

1.60342 !.74400

V_d Radien

j R, = 0.4540

61.27 ι R =-0.5531

44.50 R3= 0.6819

Mcke und Abstände

S₁= 0.0053

V-Q0I84

1.49782 66.95

R₄= 0.7533 T= 0.0634

R₅= 3.633 S₂= 0.3594

J.74400 44.771 ?β^{8 1}JIf-I '*

T₄= Q0I48

38.03

R₇= 0.1976 R₈= 0.1982

S| 0.0117

R =-0.1865 ⁴⁴⁷⁷I R₁= 1.0820

T = 0.0444
T= 0.0085

S₄= 0.0560

Die 7/arte der Konstanten in der vorstehend angegebenen Jj'ormel für die nichtsphärische fläche Xanten ß = 2,569212 und Y = -1,017325.

für den Fachmann liegt es auf d©r Hand, daß ^:jede·'-AusfUhrungsform der Erfindung in den angegebenen Anv/endungsf allen optimale Leistungen liefert.

Jedes der erfindungsgemaßen ¥ergröSerungsob.jektiYe kann mit kleineren Abänderungen versehen werden, um es einem bestimmten Verwendungszweck anzupassen^ und auch, solche abgeänderten Objektive fallen in den Bereich d«r Erfindung. Für ^ede beetimmte Aufgabe ergibt sieh eine bestimmte Optimierungsmöglichkeit. Der Optimierungsbereich braucht sich äußerlich nicht in einem sehr großen Ausmaß auszuwirken» Da die erfindungsgemäßen raumsparenden afokalen Yorsatζobjektive mit einer starken .inneren Vergrößerung arbeiten und asymmetrisch ausgebildet sind, würde sich in der Praxis eine Änderung der Optimierung dadurch ermöglichen lassen^ daß man bestimmte Änderungen bezüglich der Glassorten vorsieht* Jedoch fallen auch solche Änderungen in den Bereich der'Erfindung.

009887/1431

Be/sei bemerkt, daß bei beiden beschriebenen Ausführungsforcen der breite zentrale Luftspalt vorgesehen ist, von dem weiter -oben gesprochen wurde. Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal der beiden AusfUhrungsformen, auf das ebenfalls weiter oben eingegangen wurde, besteht darin, daß Iiinsenelemente miteinander abwechseln, die eine "hohe bzw* eine mäßige Brechzahl.-aufweisen. .-■'■■"-

Zwar wurde davon gesprochen, daß &laesörten mit bestimmten Eigenschaften verwendet werdön_f um die afokalen Vergrößeruhgsobjektive nach der Erfindung herzustellen, doch sei .bemerkt, daß man auch andere Glassorten eowie andere durchsichtige Werkstoffe unter* Binechluß von Kunststoff en verwenden könnte.

Patentansprüche:

OC 9 8 8 7/1L3 1

Claims (2)

1. Pittntiniprliohei (Afokales Tele-Vorsatzobjektiv,

   dadurch gekennzeichnet, daf es eine vordere konvex· Gruppe von Elementen aufweist ■It eines ersten bikonvexen positiven Olied, einen zweiten bikonkaven negativen Olled alt einem Brechungsindex, der wesentlich grtiflur 1st als Jener des ersten 011edes,und mit einen dritten positiven Olled,dessen Brechungsindex wesentlich niedriger 1st als der des zweiten Olledes, und daß eine rückwärtige konkave Oruppe von Oliedern vorgesehen 1st nit einem vierten negativen Olled, dessen Brechungsindex betrltohtlloh höher ist als der des dritten Elementes, mit einem fünften bikonvexen positiven Olled, dessen Brechungsindex beträchtlich nledrlctr ist als Jener des vierten Elementes, und »it einem sechsten bikonkaven negativen Olled, dessen Brechungsindex beträchtlich höher 1st als Jener des fünften Elementes.
2. 2. Vorsat«objektiv nach Anspruoh 1,

   dadurch ntkennxalohnet, dal die konvexe Oruppe und dl« konkave Oruppe durch olnen mittleren Luftraua getrennt »ind_£ dessen Oloke wenigstens ein Viertel der Oesaatlänge der Linsen beträgt.

   3* Vorsatzobjektiv naoh Anspruoh 1«

   dadurch gekennzeichnet, dal das erste und zweit· Oliod als Doppelllne· und da· fünfte und seohst· Olied ebenfalls al· Doppellinee ausgebildet sind.

   4. Vorsatzobjektiv naoh Anspruch I₉

   dadurch g«k«nns«lohn«t, dal wenigstens eine Oberfläohe von erstes od«r uralten

   Glied eine aspbtrlsche KrOnanms b«sltftt.

   009887/U31

   COPY

   st. ■■■'·

   5. Vorsatzobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzei c h η β t , daß das erste und zweite Glied miteinander verkittet sind und daß wenigotene eine Oberfläche der KittflHoh« rwiachen dem ersten und zweiten Glied asphärisch gestaltet ist.

   6. Vorsatzobjektiv nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet« daß die Abbe*sehe Zerstreuungazihl von zweitem, viertem und sechstem Glied im wesentlichen gleioh 1st und dafl di· Abbe¹ sehen Zerstreuungezshltn von erstem und drittem Olied grUfler sind als Jene des zweiten Gliedes,des vierten Qlledeo und des sechsten Gliedes, und daß die Abbe'ache Zerstrouungszohl des fUnften Gliedes niedriger ist als Jene von zweiten, vierten und seohstem Glied.

   7. Vor3atzobjektiv nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Werte» zwisohen den Breohungsindioes von zweitem, viertem und seohstem Olied und die Brechungslndioos des positiven ersten, dritten und fUnften Gliedes wonigstens 0,09 betragen.

   8. Voraatzobjektlv nach den Ansprüchen 1 bis 7# dndurch gekunnzelohnet, daD die aspährisohe Oberflttoher.krUmmuiTg bestimmt wird nach der Formel

   _£ 1 + Vi-ö V

   wobei L die asphftrieche Oberflttohenhöhe Über einer ebenen BozugBOborflHohe darstellt,

   0 der Reziprokwert des Radius in der optischen Achse 1st, P dor radiale Abstand von der optischen Achse int und fi und Y Konstante darstellen, die durch dl« gowltnsohte optisoho Optimierung bestimmt Bind.

   COPY 0 0-9 B 8 7 / 1 /. 3 1

   2U-35424

   9. Voraatzobjektiv nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß da3 Objektiv entsprechend nachstehender Tabelle ausgelegt ist und zwar bezogen auf eine Elnheltnlänge:

   Linse

   1. 59013

   ^Vd

   «(aalen

   u.^r»«

   R.x 0.4540 T₁-Q 1713

   61.27 ! R=-Q 5531 44.50 ' R^ 06819

   T₂»Q0l84

   S,» 0.0053

   1.49782 j 6G.95

   1.74400 44.77

   0.0634

   3Γ

   I. G0342
   1.74400

   38.03 44.77

   R₅= 3.633

   R₆= 1.1744 R₇» 0.1976

   R₈=- 0.1982 R =-0.1865 R = 1.0820

   ₂= 0 3594

   00I4Q

   S ι 00117

   Τ.» 0.04Λ4 T» 0.0005

   wobei die Linsenelemente durch die römischon Ziffern I bis VI von vorn nach hinten bezeichnet sind; n. der Brechungsindex fUr 587.6 nm WellenlKnge bedeutet;

   V_d -.¹Ie Abbe'sehe Zahl darstellt]

   und R, bis

   die Krümmung radien der LlnsengliederoberflUch'i von vorn nach hinten darstellen} R₂ den 3chelt<;lra'ilu3 einer asphHrischen Oberfläche gemäß der Formel

   £ , ₊ 2.569212 P* - !.017325 "

   darstellt und £ die asphtirische Oberilachcniiuhr von einer ebenen BezugsoberflHche her 1st und wohr.l schlieDllch /^ der radiale Zonenabstand v:>n dor optischen Achse und ο der Reziprokwert von n_o ist.

   009807/ U31

   COPY BAD ORIGJNAL

   Vorsatxobjektiv nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch g % k e η η ζ e 1 c h η β t , dnß das Objektiv entsprechend nachstehender Tabelle aufgelegt 1st und zwar bezofcrn auf eine ElnheltaiHnges

   1.58913
   168273

   61.27
   44.50

   Λ497Θ?, 66 95

   1.74400 44.77

   I.6O342 i.74-400

   30.03 , 44.77

   na.di.en*

   R,- 0.4563 R,-~O.58I4 ■Rr- 0.7861

   R₄-0.4530 R₅-17911

   R_e-1.7624 R₇« 0 2473

   R_e-O.25t3 R —0.2166

   R « 0 6912 IO

   Jicko und Abstünde

   α 169 2 ' 0.0205

   T- 0.0634

   Τ₄·0.0Ι4θ

   S,-0.0053

   0.2309 0.0730

   Tj« O 0423 T_fi- 0.0106

   S₄-0.0G87

   Wobei die Linsenelemente durch die römischen Ziffern 1 bis VI von vorn nach hinten bezeichnet Bind) n. der Brechungsindex für 587.6 ran Wellenlänge bedeutet) V. die Abbe'sehe Zahl darstellt} R. und R, bis R,_ die Krümmungsradien der Linsengiiederoberfllluhe von vorn nach hinten darstellen) R₂ den Soheltelradlus einer mphKrisehen Oberfläche "femKB der Formel

   ί -

   2.449030

   - 0.784.120

   darstellt und £ die asphHrisohe Oberflichenhi3he von einer ebenen BezugsoberflHche her 1st und wobei echlioß lich /° der radial« Zonenabsfcnnd von der optischen Achse und c der Resiproloterk von R₂ let.

   009 887/U3 1

   COPY

   BAD ORIGINAL